TBM工程适应性研究与挑战及应对思路

隧道掘进机(TBM)以其快速、优质、安全的施工特点已被我国工程领域广泛认可,且正在不断扩大应用范围甚至迎来"井喷式"发展趋势。为拓展TBM应用领域和范围,从地质适应性、支护结构、构筑物结构强度与耐久性、掘进速度、综合成洞速度、成本6个方面分析各机型的工程适应性,研究TBM发展所面临的挑战并从设备、隧道设计和施工三方面提出了初步思路,以期为相关单位和工程提供参考,促进TBM施工健康发展。     

Time-domain coupled dynamic simulation for SFT-mooring-train interaction in waves and earthquakes

In this study, Submerged Floating Tunnel (SFT)-mooring-train coupled dynamics is solved in the time domain to investigate their dynamic and hydro-elastic interactions under wave and earthquake excitations. The SFT is modeled by the rod-FE (finite element) theory, and it is connected to mooring lines through dummy-connection-mass and linear and rotational springs. A 3D rigid-multi-body dynamic model is developed for train dynamics that consists of seven rigid bodies. The tunnel-train interaction is taken into consideration based on the wheel-rail correspondence assumption and the simplified Kalker linear creep theory. The developed computer simulation program is validated through comparisons with commercial programs and published results when possible. In the case of earthquake-induced dynamics of the coupled system, the effects of soil conditions, tunnel length, mooring interval, seismic-wave propagation, and seaquake are investigated. The magnitudes of the SFT downward motions induced by the moving train are small compared with the motions induced by earthquakes. The earthquake causes transient SFT responses especially at their lowest wet natural frequencies while high-frequency motions are induced by seaquake effect. Structural damping and seismic propagation play an important role in dynamic responses. The interaction of the tunnel and moving train is also evaluated for various train speeds in terms of the derailment and offload factors and riding-comfort criterion. For the given SFT and train designs, the offload factor and riding-comfort criterion can slightly exceed their limits at certain earthquake conditions with the speed as high as 70 m/s, which can be adjusted by reducing train speed.     

频繁爆破下隧道内振动传播的数值研究

为揭示频繁爆破下隧道内振动传播衰减规律,文章以蒙华铁路段家坪隧道为工程背景,利用LS-DY NA建立了三维隧道模型,模拟分析了多次爆破下隧道内近区和中远区的振动传播规律。结果表明,质点垂向峰值振速随距离和爆破次数的增大而减小,少数振速有增大的现象;近区振动衰减较快,中远区振动衰减比近区缓慢;中远区a值比近区至少小12.5%,但整体上二者的a值随爆破作用次数的增加呈缓慢上升趋势;系数K随爆破作用次数的增加而降低,近区K值降低速率普遍大于中远区,且近区K值比中远区至少大29.1%;频繁爆破下,中远区比近区较符合萨道夫斯基经验公式。     

基于模糊综合评价法的城市综合管廊结构健康评价方法研究

为解决城市综合管廊结构健康状况评估结果无法量化和指导运维的问题，通过分析模糊综合评价理论在交通隧道结构健康评价方法研究中的应用，依照类比思想，利用该理论建立城市综合管廊结构健康状况评价体系。首先，依据有关养护规定和调研结果，基于不同需求分别建立管廊结构的本体完好状况和本体结构状况评价指标体系； 其次，以交通隧道和综合管廊养护经验为基础，划分各指标的分级判定标准； 然后，采用层次分析法，计算评价指标的权重分配； 最后，采用柯西分布型隶属函数和矩阵型隶属函数确定各指标的隶属度，建立一级和二级模糊综合评价模型，赋予评价向量中各评语相应分值，将评价向量单值化，判定管廊结构健康状况。采用所提出的评价方法应用于实际工程，所得评价结果与经验评判得到的结果相同。     

装配式综合管廊在地铁车辆基地中的发展及应用探讨

装配式综合管廊在地铁车辆基地中的应用尚处于探索阶段,为了将装配式综合管廊与地铁车辆基地有效结合,提出一种适合于地铁车辆基地的装配式综合管廊解决方案。系统研究车辆基地发展装配式管廊的可行性,从目前车辆基地综合管廊建设和运营现状出发,提出了单仓和双仓两种管廊断面模式。通过应用BIM技术对管线进行碰撞检查和节点深化设计,并在管廊设计中考虑相关附属配套设施。工程实践证明,装配式综合管廊比现浇管廊土建成本减少4%,工期缩短45%,从安全、环保、质量、工期、场地、运维等多方面具有明显优势,应大力推广。下阶段应从标准化设计、施工方面对装配式管廊进行系统研究并争取尽快应用到实际项目中。     

大直径公轨两用越江隧道消防设计技术创新

武汉三阳路长江隧道是世界上首座城市道路与地铁合建的盾构隧道,隧道的消防设计是保证工程运营安全的重点和难点。针对公轨两用越江隧道的工程特点,消防设计采用了消火栓系统、泡沫-水喷雾灭火系统、灭火器系统联用的方式,并配备自动灭火系统和气体灭火系统。对消防系统的设计原则、系统布置、关键技术参数、设备选型以及技术创新等进行重点阐述。     

25t轴重荷载作用下隧底脱空区域受力特性分析

为了研究在役铁路隧道在通车之后隧底脱空病害的问题,采用有限元理论,建立隧道脱空区域在围岩压力与25 t轴重列车动载作用下的数值计算模型,主要研究80 cm与40 cm脱空宽度分别距隧道中心线0,80 cm与160 cm时脱空区域的受力特性。结果表明:在围岩压力下,脱空区域中线上壁和外侧顶角混凝土中产生拉应力及内侧顶角中产生压应力,其中压应力对脱空的宽度更为敏感;同时施加列车动载作用时,脱空区域上壁出现了竖向动应力与横向拉应力,得到了脱空区域力学指标的最大响应值及其出现的具体位置,宽度的增加对脱空区上壁横向拉应力更为显著,上壁横向拉应力增幅超过200%,竖向动应力增幅达50%。因此,隧底脱空区周围应力分布复杂,拉应力与压应力在脱空区域同时存在,应力突变严重,对脱空现象应及时组织处理。     

隧道爆炸冲击波的危害及控制措施

目前山岭隧道施工基本以钻爆法为主,爆破过程中产生的冲击波会对隧道内的人员及机械设备安全产生较大影响,造成重大安全事故和财产损失。本文主要介绍了冲击波在隧道内传播会形成超压,且随着传播距离增加超压峰值逐渐衰减到大气压范围内;基于超压准则评估了冲击波对人体、隧道内设施及周边建筑物的危害程度;通过在隧道内安装简易的冲击波缓冲装置及加强监测、设置安全警戒线等控制措施,减弱了爆破冲击波的危害,从而达到安全快速施工的目的。     

全预制盾构隧道边箱涵精细化施工分析

依托京张高铁清华园隧道工程,介绍清华园隧道工程及其隧道内边箱涵施工工法,并详细讨论边箱涵预制化施工的优缺点。盾构隧道采用全预制轨下结构有5大优点:降低施工现场环境污染,有效改善施工现场工人作业环境,有助于提高工程整体施工效率,降低施工作业风险水平,保障钢筋混凝土构件的质量水平。但依然存在以下缺点:提升构件制造及运输维护费用,构件现场吊装精度要求较高。针对清华园隧道边箱涵吊装施工精细化施工问题进行有限元分析,发现由于边箱涵重心两侧吊装孔距不同,会导致边箱涵近重心侧产生应力集中现象,同时将随着吊装误差的提高应力集中现象显著提升。为保证边箱涵的精细化施工,边箱涵吊装误差不得超过60 mm,两侧边箱涵左右交错拼装施工,建议未来类似工程中异形构件吊装孔设计应考虑吊装误差产生的影响。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。